JP5807854B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents
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Description
第一実施形態について図1〜図3を参照して説明する。なお、図面については、構成が把握できるよう模式的に表しており、寸法は一部拡大・縮小されている。
プラズマ発生装置1を用いてプラズマ発生実験を行った。図4に示すように、外容器3及びマイクロ波照射装置4としては、電子レンジA(電力750W)を用いた。つまり、電子レンジAの筐体が外容器3であり、電子レンジ内のマグネトロン(周波数2.45GHz)がマイクロ波照射装置4である。なお、電子レンジ内の回転テーブルは取り外した状態(すなわち回転しない状態)である。
ここで、上記実験例1において、プラズマ用アンテナ電極2の材料を銅とし、電極22、23の先端間距離を変更して実験した。これによれば、先端間距離は、図5に示すように、特に0.2mm〜10mm程度の範囲において強いプラズマが発生した。図5において、○はおよそ10mm以上のプラズマが発生したこと、△はプラズマが発生しにくかったこと、×はプラズマが発生しなかったことを表している。先端間距離が0の場合、プラズマは発生しなかった。先端間距離が0.2mm未満の場合は、設計上電極の作製ができなかったため実験できなかったが、0でなければ先端間に強い電場が発生し、強いプラズマが発生することが予測できる。このように、プラズマ用アンテナ電極2の先端間距離は、0でなく且つ近接していればよい。
また、図2に示すように、先端間距離を3mmに固定し、設置面に対する電極部22、23の先端の為す角度θを変えて実験した。角度θについては、電極部22、23の先端のみを屈曲させたものを除く。つまり、θが0度である以外は、電極部22、23と主受信部21が為す角度であり、電極部22、23は屈曲していない。θが0度においては、図6に示すように、主受信部21の端部から電極部22、23全長の半分以下のところで電極部22、23を屈曲させ、角度θを0度としている。これによれば、角度θが小さい(例えばおよそ60度以下、具体的に20度、30度、40度、60度)ときに強いプラズマが発生しやすかった。80度、90度においてはプラズマが発生しにくかった。これは、プラズマ用アンテナ電極2の全長が一定の下では、角度θが小さいほど、主受信部21の長さが大きくなり、より確実にマイクロ波を受信できるためであると考えられる。
また、プラズマ用アンテナ電極2の全長を61mmの周辺で変更して実験した。その結果、およそ56mm以上66mm以下において強いプラズマが発生した。つまり、プラズマ用アンテナ電極2の全長は、λ/2及びその周辺が好ましいことがわかった。なお、およそ55mm、54mmでもプラズマが発生しており、好ましい全長は、およそ0.9×(λ/2)以上1.1×(λ/2)以下ともいえる。
また、実験例1において、マイクロ波の伝播方向に対するプラズマ用アンテナ電極2の配置位置を変更して実験した。これによれば、マイクロ波の伝播方向に対して、主受信部21が平行である場合(すなわち、実験例1)に最も強いプラズマが発生した。次に、主受信部21をマイクロ波の伝播方向に対して45度傾けた場合、強いプラズマが発生したものの、平行の場合よりも小さくなった。次に、主受信部21をマイクロ波の伝播方向に対して90度傾けた場合(すなわち、直交させた場合)、プラズマは発生しなかった。つまり、主受信部21の延伸方向とマイクロ波の伝播方向は平行であることが最も好ましい。
ここで、プラズマ用アンテナ電極2は、上記の形状に限られない。プラズマ用アンテナ電極2は、先端間が離間し近接していればよく、例えば、図7に示すような円環状(略C字状)、図6に示すような角環状、または図8に示すような栗型(例えば主受信部21が直線状で、各電極部22、23が凸弧状のもの:C字型形状に含まれる)などでもよい。図7の場合、例えば、上下の高さのおよそ半分以上を電極部22、23ということができる。図8の場合も、上記のほか、高さの半分以上を電極部22、23といってもよい。また、プラズマ用アンテナ電極2は、板状に限らず、例えば棒状の材料(導体)を用いて形成してもよい。
ここで、図10に示す装置を用いて、ダイヤモンド合成実験を行った。図10に示す装置は、プラズマ発生装置1と同じ構成であり、電子レンジA2を用いたものである。電子レンジA2上部のパイプには、4本のチューブ31が挿入されている。2本のチューブ31は、外部と電子レンジA2内とで窒素の給排気を行うためのものであり、残りの2本は、外部とビーカーB2内とで水素及びメタンの給排気を行うためのものである。
第二実施形態のプラズマ用アンテナ電極5について、図12を参照して説明する。図12に示すように、プラズマ用アンテナ電極5は、主受信部51と、第一電極部52と、第二電極部53と、被覆部材54と、を備えている。
2,20,5:プラズマ用アンテナ電極、
21,51:主受信部、 22,52:第一電極部、 23,53:第二電極部、
54:被覆部材、 3:外容器、 4:マイクロ波照射装置
Claims (12)
- マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記マイクロ波を受信する主受信部、前記主受信部の一端から延びる第一電極部、及び前記主受信部の他端から延びて先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部を有する導体からなるプラズマ用アンテナ電極と、
を備え、
前記プラズマ用アンテナ電極は、複数の前記導体を有し、主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、前記プラズマ用アンテナ電極に定常波を発生させ、
前記複数の導体は、各導体の前記主受信部同士が交差して配置されていることを特徴とするプラズマ発生装置。 - すべての前記先端は、互いに離間且つ近接している請求項1に記載のプラズマ発生装置。
- マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記マイクロ波を受信する主受信部、前記主受信部の一端から延びる第一電極部、及び前記主受信部の他端から延びて先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部を有する導体からなるプラズマ用アンテナ電極と、
を備え、
前記プラズマ用アンテナ電極は、主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、前記プラズマ用アンテナ電極に定常波を発生させ、
前記主受信部は、直線形状であり、
前記マイクロ波照射装置は、前記プラズマ用アンテナ電極に対して前記主受信部に平行にマイクロ波を照射することを特徴とするプラズマ発生装置。 - マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記マイクロ波を受信する主受信部、前記主受信部の一端から延びる第一電極部、及び前記主受信部の他端から延びて先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部を有する導体からなるプラズマ用アンテナ電極と、
を備え、
前記プラズマ用アンテナ電極は、主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、前記プラズマ用アンテナ電極に定常波を発生させ、
前記主受信部、前記第一電極部、及び前記第二電極部は、同一平面上に形成され、
前記マイクロ波照射装置は、前記プラズマ用アンテナ電極に対して前記平面に平行にマイクロ波を照射することを特徴とするプラズマ発生装置。 - マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記マイクロ波を受信する主受信部、前記主受信部表面から上方に延びる第一電極部、及び前記主受信部表面から上方に延び、先端が前記第一電極部の先端と離間且つ近接している第二電極部を有する導体と、
前記主受信部の表面上に設けられ、前記第一電極部及び前記第二電極部を先端のみが露出するように覆う非導電性の被覆部材と、
を備え、
前記導体は、主に前記主受信部が前記マイクロ波を受信して、前記導体に定常波を発生させることを特徴とするプラズマ発生装置。 - 前記第一電極部及び前記第二電極部は、一体に形成されており、
前記第一電極部及び前記第二電極部の全長は、受信する前記マイクロ波の波長をλとすると、
(λ/2)×n (n:正の奇数)
を満たす請求項5に記載のプラズマ発生装置。 - 前記第一電極部及び前記第二電極部は、先端が尖っている請求項1〜6の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
- 前記導体の長さは、受信する前記マイクロ波の波長をλとすると、
(λ/2)×n (n:正の奇数)
を満たす請求項1〜4の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。 - 前記主受信部は、直線形状であり、
前記第一電極部は、前記主受信部の一端から前記主受信部に交差する方向に延び、
前記第二電極部は、前記主受信部の他端から前記主受信部に交差する方向に延びている請求項1〜4の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。 - 前記導体は、C字型形状となっている請求項1、2、及び4のうちの何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
- 前記プラズマ用アンテナ電極は、非導電性液体中に配置される請求項1〜4の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
- ダイヤモンド合成装置として用いられる請求項1〜11の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
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JP2010267354A JP5807854B2 (ja) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | プラズマ発生装置 |
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